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Skalen und Waagen können für ähnliche Zwecke verwendet werden. Wenn Sie jedoch die Unterschiede in der Art und Weise kennen, in der sie ihre Gewichte produzieren, können Sie sich über ihre unterschiedlichen Verwendungszwecke informieren. Viele Leute benutzen die Wörter "Skala" und "Balance", um die gleichen oder ähnliche Dinge zu bedeuten. Dies kann zu Unklarheiten bei der Bestimmung der genauen Messergebnisse durch Labortechniken führen, bei denen Waagen verwendet werden.
Was Waagen tun
Bei der Gewichtsmessung wird in der Regel eine Waage verwendet. Sie messen die auf eine Masse einwirkende Kraft und verwenden die Formel für das Gewicht eines Objekts auf der Erde, um dessen Gewicht zu bestimmen. Die Arten einer Waage können sich in ihrer Funktionsweise unterscheiden. Moderne Waagen verwenden manchmal Sätze von Federn, die so angeordnet sind, dass die Waage misst, wie stark die Feder zusammengedrückt wird, um das Gewicht zu bestimmen.
Andere Waagen verwenden DMS-Wägezellen. Hierbei handelt es sich um Geräte, die sich bei Ausübung einer Kraft leicht zusammendrücken, so dass ein elektrischer Widerstand im Dehnungsmessstreifen gemessen werden kann. Hierbei handelt es sich um Geräte, die den elektrischen Strom durch die Wägezelle messen. Der Widerstand in diesem Stromkreis korreliert mit dem Gewicht auf der Waage, sodass die Änderung dieses Widerstands gemessen und in Gewicht umgerechnet werden kann.
Waagen werden im Allgemeinen in Anwendungen verwendet, in denen die Genauigkeit und Komplexität einer Waage nicht so hoch sein muss. Dies bedeutet, dass Sie beim Betreten einer Waage im Fitnessstudio oder zu Hause sowie in Bereichen, in denen Lebensmittelzutaten gewogen werden, den Einsatz sehen können. Andere Arten einer Waage umfassen mechanische Waagen, die die Masse direkt messen, um wie viel sich eine Nadel aufgrund des Gewichts dreht, oder digitale Waagen, die einen Dehnungsmessstreifen wie beschrieben verwenden.
Was Waagen tun
Waagen hingegen zeigen die Masse dessen an, was Sie auf die Plattform der Waage legen. Sie berechnen dies auf der Grundlage des Gewichts, das auf der Plattform der Waage liegt, und verwenden dabei dieselben Prinzipien wie bei der Waage. Insbesondere Waagen werden jedoch im Allgemeinen unter Verwendung eines Kraftwiederherstellungsmechanismus gebaut, der der Gewichtskraft des Materials auf der Waage entgegenwirkt. Diese Rückstellkraft bewirkt, dass sich das Objekt mit einer Nettokraft von Null wieder im Gleichgewicht befindet.
Im Gegensatz zu Waagen sind Waagen komplizierter und werden in der Regel häufiger in Labors, Forschungszentren an Universitäten, medizinischen Einrichtungen und ähnlichen Forschungsumgebungen eingesetzt. Sie können im Allgemeinen auch präziser als Skalen sein.
Verschiedene Arten einer Waage können Mikrowaagen umfassen, die Massenproben auf Bruchteile eines Gramms wiegen, Analysenwaagen, die auch kleinste Gewichtsänderungen messen, und Präzisionswaagen, die einen größeren Gewichtsbereich als Analysenwaagen, jedoch eine geringere Präzision aufweisen. Präzisionswaagen können die Masse in Gramm mit einer Genauigkeit von bis zu zwei oder drei Dezimalstellen messen. Bei Analysenwaagen wird eine höhere Genauigkeit mit bis zu vier Dezimalstellen erzielt, und bei Mikrowaagen wird die Masse in Gramm mit bis zu sechs Dezimalstellen angegeben.
Trotz dieser Unterschiede zwischen Waage und Waage werden die Begriffe "Waage" und "Waage" auch unter Wissenschaftlern immer noch relativ austauschbar verwendet (wie durch den Begriff "Waage" angegeben), insbesondere angesichts der Mechanismen, mit denen die Waage auch Masse und Masse messen kann Die Verwendung einer Waage kann auch das Gewicht messen. Wenn Sie diese Mechanismen genauer kennen, können Sie bei Bedarf den Unterschied erkennen.
Gewicht auf Waagen
Wenn Menschen an Waagen oder Gleichgewichte denken, stellen sie sich zwei Massen vor, die an einem gegeneinander wiegenden Drehpunkt miteinander verbunden sind. Diese primitive Form der Bestimmung von Masse oder Gewicht, die seit Jahrhunderten beim Menschen angewendet wird, zeigt die Physik der Gravitationskraft, die viele Waagen bzw. Waagen zur Bestimmung von Gewicht oder Masse verwenden.
Waagen und Waagen messen zwar jeweils Gewicht und Masse, beruhen jedoch auf denselben physikalischen Prinzipien, die die Gravitationskräfte auf Objekte bestimmen. Mit dem zweiten Newtonschen Gesetz können Sie die Kraft eines Objekts messen F als Produkt seiner Masse m mal seine Beschleunigung ein mit F = ma. Weil die Kraft eines Gegenstandes wiegt W Auf die Erde zu ziehen ist diese Kraft, die eine Beschleunigung von GGravitationsbeschleunigung, können Sie die Gleichung wie folgt umschreiben W = mg für die Masse m des Objekts.
In realen Anwendungen sollten Skalen und Waagen basierend auf dem Ort, an dem sie verwendet werden, kalibriert werden, da die Erdbeschleunigung in verschiedenen Teilen der Erde um bis zu 0,5% variieren kann. Nach dem Kalibrieren der Waage oder der Waage ist die Umrechnung zwischen Gewicht und Masse für das wissenschaftliche Instrument unkompliziert.
Federwaage
Skalen und Waagen können diese Kraft zusammen mit anderen Kräften wie der Längenänderung einer Feder als Reaktion auf ein auf die Instrumentenoberfläche gelegtes Gewicht summieren. Diese Federn dehnen sich aus und drücken sich entsprechend zusammen Hookes Gesetz, die Ihnen sagt, dass die Kraft, die auf eine Feder einwirkt, wie das Gewicht eines Objekts, direkt mit dem Abstand korreliert, den die Feder als Ergebnis davon zurücklegt.
In ähnlicher Form wie Newtons zweites Gesetz ist dieses Gesetz F = kx für eine aufgebrachte Kraft F, die Steifheit des Frühlings k und die Strecke, die die Feder infolgedessen bewegt X.
Die Federwaage kann ebenso empfindlich und präzise sein, um Massen in Bruchteilen von Pfund zu messen. Wenn Sie auf eine Personenwaage treten, werden die darin befindlichen Federn so zusammengedrückt, dass sich die Nadel oder das Einstellrad dreht, bis Ihr Gewicht angezeigt wird. Federwaagen können leider nachlassen, da die Feder über einen längeren Zeitraum routinemäßig verwendet wird. Dies führt dazu, dass die Feder ihre Fähigkeit verliert und sich auf natürliche Weise ausdehnt und zusammenzieht. Aus diesem Grund müssen sie entsprechend und ständig kalibriert werden, um dies zu verhindern.
Zusätzlich zum Hookes-Gesetz können Sie das verwenden Elastizitätsmodul (oder Elastizitätsmodul), um zu bestimmen, wie stark eine Saite komprimiert wird, wenn Sie Gewicht auf sie ausüben. Es ist definiert als das Verhältnis von Spannung zu Dehnung, gegeben durch E = ϵ / σ Für Youngs Modul EStress ϵ ("epsilon") und belasten σ ("Sigma").
Für diese Gleichung wird die Spannung als Kraft pro Flächeneinheit angegeben, und die Dehnung ist die Längenänderung geteilt durch die ursprüngliche Länge. Der Elastizitätsmodul misst den Widerstand eines Materials gegen Verformung, und steifere Materialien haben größere Elastizitätsmodule.
Der Elastizitätsmodul hat dann die Krafteinheiten pro Fläche, ebenso wie der Druck. Sie können dies verwenden, um den Youngs-Modul mit der Oberfläche der Feder zu multiplizieren, die das Gewicht des Objekts aufnimmt, um die auf die Feder ausgeübte Kraft zu erhalten. Das ist die gleiche Kraft F in Hookes Law.
Dehnungsmessstreifen
Dehnungsmessstreifen, die in Waagen verwendet werden, messen die Änderung des elektrischen Widerstands in Gegenwart des Gewichts auf der Waage. Der Dehnungsmessstreifen selbst ist ein Stück Metall, das einen dünnen Draht oder eine Folie umgibt, die in einem gitterartigen Muster eines Stromkreises so angeordnet sind, dass sich sein Widerstand, wenn er einer Kraft in eine Richtung ausgesetzt wird, auch nur um einen präzisen kleinen Betrag ändert Verhältnis zum Gewicht.
Wenn das Gewicht Teile des Drahtes oder der Folie angespannter und komprimierter macht, erhöht sich der Widerstand des elektrischen Stromkreises und der Dehnungsmessstreifen wird in Reaktion darauf dicker und kürzer. Wenn ein Strom durch den Stromkreis fließt, berechnen die Skalen, wie sich dieser Widerstand aufgrund des Gewichts ändert, um das auf sie ausgeübte Gewicht zu bestimmen. Die Widerstandsänderung ist in der Regel sehr gering und liegt bei etwa 0,12 Ω. Dadurch werden Dehnungsmessstreifen bei der Gewichtsbestimmung jedoch umso genauer.